多输入多输出正弦扫频试验控制方法研究及实现

振动环境试验是检验产品质量和可靠性的必须途径,对于一些大型的结构,单点振动试验不能充分模拟产品的使用环境,这就需要多点振动试验来模拟,其中多点正弦扫频试验是一个很重要的部分。本文根据多输入多输出系统的控制理论,基于正弦振动的基本特性,设计了多输入多输出正弦扫频试验控制系统的控制方案,同时给出控制修正的具体办法。并且对控制算法进行了仿真,实现了驱动信号发生、响应信号的采集和处理以及控制过程模拟,检验了算法的可行性。结果表明,算法可以使控制点的响应信号快速、稳定地收敛于参考信号,验证了本文设计的多输入多输出正弦扫频试验控制系统的有效性。     

多点最大值响应控制在正弦扫频试验中的应用

随着振动试验技术和试验设备的不断发展,正弦扫频振动试验方法得到了日益广泛的应用.     

正弦扫频振动试验的设计方法

目前,正弦扫频振动试验方法已经得到普遍应用,国内也已经开始向这方面过渡.由于难以确定或者鉴别复杂试件及密封设备件的主要谐振频率,传统的正弦定频振动试验方法已经不能满足产品检验性环境振动试验的要求了.     

典型支架动力学模型修正与隔振设计

在民机研制过程中,设计要求机载设备所能承受的振动量值需高于标准中规定的量值,而实际上由于供应商设备是货架产品,不一定按照DO-160G规范中所规定标准谱开展振动环境试验。为满足设备振动环境试验要求,在支架装机使用前需要采用相应的减振措施来降低设备处响应。以某型支架为研究对象,对典型支架进行了模态及随机响应分析,并对假件及安装支架实施了正弦扫频试验。依照各方向的扫频试验数据对有限元模型各阶响应进行动力学模型修正,添加刚度及阻尼单元。修正后的模态频率误差在2%以内,相应模态频率处的峰值误差在5%以内。随后对假件-支架系统开展了隔振设计,通过在支架与机身连接处增加隔振器及粘贴阻尼层的方式,使得隔振后的仿真随机响应低于DO-160G标准谱20 dB,结果表明隔振措施有效。     

基于多个MFC 激励器的复合材料宽弦风扇叶片模态测试

为了研究复合材料风扇叶片响应特性,利用压电纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）激励器对复合材料宽弦风 扇叶片进行模态测试。将测试结果与有限元仿真值进行比较,分析风扇叶片不同MFC 单独激励和组合激励下的响应特性。设计了 MFC 激励器激励系统,采用MFC 单独激励和组合激励的方法,实现快速正弦扫频激励信号激励,借助扫描式激光测振仪测量叶片上 关注测点的振动响应。结果表明：MFC 激励下风扇叶片的响应与MFC 覆盖位置处对应的MFC 纤维极化方向的应变大小、MFC 纤维方 向和测点选择有关;不同位置的MFC 激励叶片,叶片各阶模态响应有差异。该结果可用于宽弦风扇叶片的MFC 激励器/ 传感器控制 方法的进一步研发和风扇叶片的振动特性分析。     

FL-12风洞突风试验装置研制

论述了在FL-12风洞研制的垂直和水平两种突风发生器,两者都是通过电机驱动凸轮、凸轮带动连杆使叶片摆动,改变电机的转速和凸轮的偏心距来产生叶片不同的频率和振幅,同时还介绍了两种突风发生器的优缺点、安装方法以及减振隔振措施。通过突风流场的测量,得出：突风区域内左右和上下位置突风流场变化较小,前后位置突风流场变化规律为离叶片越近,正弦规律越明显,突风流场越纯正;离叶片越远,正弦风速受干扰越大,突风流场越不纯正;正弦突风流场的风速幅值与来流风速、叶片个数、叶片摆动频率和测点距叶片的风洞轴向距离有关,并且都是正相关的关系。最后简要介绍了突风响应及减缓两期试验,试验结果表明：突风发生器能产生均匀的垂直和水平突风流场,突风频率和强度均可满足弹性模型突风试验要求,FL-12风洞具备了突风响应试验研究技术。     

FFT试验技术在构件疲劳试验机动特性分析中的应用

在飞机发动机零部件的疲劳寿命研究中,因试件种类繁多,故要求所设计的试验机的电液伺服系统和加载承力机构必须具有很强的适应性、良好的动态特性。但因各被试件差异甚大,动力机构又较为复杂,呈多自由度系统,往往给系统特性带来不良影响。因此,在系统设计中,搞清其动特性是十分必要的。为此,我们采用了宽带激励与正弦扫频方法,运用FFT分析技术进行了大量的试验研究工作,较理想地获取了系统的整体与局部动态特性,建立了系统的数学模型。      

惯组减振系统抗冲击性能优化方法研究

为实现降低惯性仪表在大量级半正弦冲击下响应幅值的目标，开展惯组减振系统抗冲击性能优化方法的研究，建立半正弦冲击下的本体加速度幅值方程，通过有限元仿真分析进一步得出减振系统频率与本体加速度幅值的关系，并进行了试验验证，为后续惯组产品的减振系统设计提供了依据。     

基于时频域滤波及频域广义整体最小二乘辨识的飞机颤振模态参数辨识

提出一套适用于噪声环境的飞机颤振模态参数辨识方法.为减小噪声对辨识结果的影响,首先设计了一种针对扫频激励的时频滤波器,利用扫频信号及其响应在时频域分布较为集中的特点,有效去除噪声,提高了试验数据的信噪比.为进一步提高辨识精度,提出了一种基于随机模型的频域广义最小二乘辨识算法.将噪声条件下的系统辨识问题转化为广义整体最小二乘问题,并采用线性的广义奇异值分解求解模型系数,避免了非线性优化的复杂计算.通过优化加权项,获得了接近极大似然估计的辨识效果.最后,通过试飞试验数据验证了方法的有效性.     

滚压钛合金导管振动疲劳特性分析

按照振动疲劳试验方法和失效准则进行了滚压连接形式的钛合金导管振动疲劳极限寿命测试,利用激光位移传感器测试自由端位移,用电阻应变计测定了试件根部的应变,根据位移和应变响应谱确定试件第一阶频率,并进行定频振动疲劳极限测试.预试验发现,试件第一阶响应频率随载荷增加发生明显下降(超过1％).为满足产品定寿要求,采用递进式扫频试验,消除滚压试件的连接间隙,直至试件频率响应稳定,再进行定频振动疲劳试验.通过此次测试得到滚压连接的钛合金导管在2× 10 7循环基数,可靠度为95％时的振动疲劳极限为115MPa.     

激光陀螺稳频测试技术研究

本文研究了机抖激光陀螺稳频系统性能测试的两种新方法：压电扫频和光强扫频。通过两种方法实现对稳频抓卡系统进行动、静态测试,描绘出稳频系统在工作频率段（5KHz~18KHz）范围内的谐振峰特性曲线。试验结果表明,两种方法,尤其是光强扫频,更具有实际操作性,有助于稳频电路调试参数的选择,从而有效的避开谐振峰,提高激光陀螺工作的稳定性及环境适应性,也为稳频系统电路设计提供了改进方向和依据。     

新型Σ-Δ多通道动态测试分析系统研究与实现

 动态测试与分析系统需要动态范围（DRN）大、信噪比（SNR）高,传统方法实现复杂且成本高。本文分析了Σ-Δ调制的动态特性,提出基于Σ-Δ ADC(模-数转换器)ADS1271,Σ-Δ DAC（数-模转换器）AIC23及浮点数字信号处理器（DSP）芯片TMS320C6713的新型高精度动态测试与分析系统,实现了多通道实时动态测试与分析,系统具有24位采集精度,8通道可级联基本模块,实时频率细化FFT（Zoom-FFT）、功率谱密度（PSD）等分析功能, 正弦、瞬态扫频、随机和冲击响应谱等信号源功能以及高速USB2.0数据传输功能。系统用于振动、冲击、噪声工程等测试与分析系统,可取代国外最新产品。     

FL-13风洞突风发生装置研究

为在 FL-13风洞中开展飞机全模突风响应试验研究,建立研究所需的突风发生装置,进行了突风发生装置的研究。研究中,从大飞机突风试验需求出发,确定了装置的技术指标,通过数值模拟计算,固化了装置技术指标;通过引导性试验和总体方案对比,选定了单电机驱动双飞轮及曲柄连杆方案;通过动力学分析、结构设计与有限元分析、模态分析和疲劳分析,解决了装置共振、刚度增加困难和安装空间受限等问题;通过装置调试与突风流场考核结果表明,研制的 FL-13风洞突风响应试验装置实现了在来流40 m／s 的风速范围内按正弦规律变化产生突风,模型中心处最大突风振幅达到9 m／s。突风流场的成功模拟,标志着 FL-13风洞具备了开展大展弦比飞机突风响应影响试验研究的能力。     

某扭力管万向节组件及支撑轴承的正弦振动疲劳研究

本文建立C919某扭力管万向节组件及支撑轴承的有限元模型，对其进行模态分析及正弦分析，推导了正弦振动下的疲劳寿命计算公式并预估了模型的寿命，通过模态试验验证了模型的正确性，通过正弦试验验证了疲劳寿命计算的正确性。该疲劳寿命计算方法可用来预估相关模型的正弦振动疲劳寿命。     

扫频式射流对设计工况压气机叶栅流动分离影响的数值研究

高负荷压气机中的大尺度流动分离是导致其性能下降的主要原因,通过数值方法研究了扫频式射流控制角区分离、减小气动损失的效果,并以模型方程代替实际射流器,讨论了扫频式射流的基本控制参数对压气机叶栅流场控制效果及气动性能的影响。结果表明:扫频式射流使得流场呈现出稳定的周期性变化趋势,且存在一个扫频频率,使得超过该频率后的控制效果趋于稳定;合理选择扫频激励参数对实现流动分离的控制至关重要。在本文的方案中,采用较小的扫频射流角和射流流速能取得较好的控制效果,而更大的最大扫频摆角能强化这种控制效果,时均总压损失最大减小6.1%;扫频式射流能够在更大范围内提高吸力面边界层低能流体的动能,以更好地限制角区分离沿叶高方向发展,从而改善对角区分离的控制效果。     

变负载流量调节阀电液伺服作动系统研究

针对高空台上流量调节阀在全包线飞行环境模拟过程中,因气动负载变化大而存在难以快速调节以伺服跟踪位置指令这一问题,提出一种考虑负载变化作用下电液作动机构的建模方法。对使用该方法建立的模型从两个方面进行仿真验证:首先将建立的变负载电液作动机构AMESim开环模型仿真结果与真实试验数据对比,两者相对误差不大于1.78%,验证了模型的准确性;其次在阀前、阀后气动压力干扰变化情况下进行闭环仿真,斜坡响应相对误差不大于1.26%,正弦响应相对误差不大于1.40%,验证了系统的伺服跟踪性能和抗干扰性能。     

基于试飞数据的直升机气动模型参数频域辨识

针对直升机气动强耦合、强非线性、不稳定的特点,采用扫频方式获取飞行试验数据及频域辨识技术进行其气动模型辨识。首先分析了气动辨识模型、飞行试验数据需求,并对飞行试验动作进行设计,然后形成气动模型频域辨识流程。在纵向气动模型辨识过程中,发现扫频飞行试验数据低频、高频段数据质量差,纵向和横向通道舵偏相关性强等问题。     

基于系统辨识技术的叶轮机非定常气动力建模方法

 为了快速获得不同刚度的叶轮机叶片颤振特性,提出了一种基于系统辨识技术的叶片排非定常气动力建模方法,分析了叶片气动阻尼随叶间相角差和固有频率的变化特性.该方法通过对多叶片通道的某一叶片单独施加一个扫频振动信号,求解一次非定常流场,得到叶片排上每个叶片的气动力响应,通过系统辨识,获得每个叶片的气动力频率响应.根据小扰动流的叠加原理,得到扫频范围内各固有频率下的叶片排所有叶片共同激励的气动力模型,由此进一步得到各个不同固有频率的所有叶间相角差下的气动阻尼.针对STCF4(Standard Test Configuration 4)算例,该方法的计算结果与直接采用计算流体力学(CFD)方法和直接采用谐振信号的降阶方法(ROM)得到的气动阻尼系数吻合得很好.该方法只需进行一次非定常CFD计算就能得到扫频范围内不同固有频率下的气动阻尼特性曲线,极大地提高了计算效率,方便了叶轮机设计初期的气动弹性稳定性参数分析.     

旋转盘腔瞬态响应特性的研究

为保证发动机在飞行包线内正常运转,需研究旋转盘腔的瞬态响应特性。采用1-D模型方法和计算流体力学(CFD方法对旋转盘腔进口压力突升的情况进行非稳态数值计算,所得结果与文献中的结果进行对比,提出1-D模型方法的一些缺点,并证明了CFD计算的正确性。然后用CFD方法并通过用户自定义函数(UDF编程研究了进口压力渐增、正弦变化以及盘腔尺寸对旋转盘腔流动瞬态响应特性的影响。结果表明:1-D模型的计算结果不能显示出CFD模型计算结果的一个高阶震荡;进口压力以不同方式变化,瞬态响应存在不同程度的滞后;进口压力突增和进口压力渐增响应的特征时间比进口压力正弦变化的特征时间分别增加56.0%和106.4%盘腔宽径比由0.2变化到0.39时,腔内均压变高,出口质量流量变低,特征响应时间缩短至40%当宽径比由0.2变化到0.58时,特征响应时间缩短至25%。     

典型进气函数下转静盘腔瞬态响应特性研究

为研究航空发动机转静盘腔非稳态流动的瞬态响应特性,建立了转静盘腔CFD计算模型,采用基于Fluent用户自定义函数(UDF)编程的非稳态数值计算方法,分别研究了进口压力以阶跃函数、斜坡函数和正弦函数变化时转静盘腔的瞬态响应特性,并提出了相应的瞬态响应特性评价指标。结果表明:不同进气函数下的转静盘腔瞬态响应特性存在明显差异,同一进气函数下盘腔中各流动参数的瞬态响应存在不同程度的滞后。阶跃函数的无量纲跃升幅值由1.025变化到1.3时,盘腔平均总压的响应时间增加了3369.2%;斜坡函数的斜坡时间由0.01s增加到0.16s时,盘腔平均总压的响应时间增加了163.9%;而正弦函数的角速度由22rad/s变化到55rad/s时,盘腔平均总压的响应时间缩短了45.6%。不同进气函数下转静盘腔平均总温随时间的变化曲线均呈现出明显的过冲现象,其峰值时间和超调量变化规律与进气函数类型密切相关。